Construction of creative design method of new functional structures using crack initiation/growth and finite deformation

基于裂纹萌生/扩展和有限变形的新型功能结构创意设计方法的构建

基本信息

批准号：
22K18755
负责人：
西脇眞二
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

き裂進展を伴う大変形挙動は，変位制御下でのき裂開口による構造全体の異方的な挙動や，微小変形では達成できない大変位・大回転挙動を利用できる可能性をもち，メゾスケールにおいて，このき裂発生の位置や進展と有限変形挙動を制御できれば，マクロスケールにおいて，新しい機能をもつ材料構造を設計できる可能性がある．本研究では，このような材料構造創成法として，き裂の発生位置と進展過程および有限変形・回転のような構造の不安定挙動をも解析・制御・特定を可能とすることにより，新機能を付加可能な構造創成設計法を，トポロジー最適化に基づき構築する．本年度は，その研究開発の一環として，フェーズフィールド法に基づき，き裂の発生・進展と変形を同時に解明可能な方法論を構築した．併せて，フェーズフィールド法に基づくトポロジー最適化の方法論についても，設計変数を更新するための反応拡散方程式の改善を行うとともに，変形量と変形モードを特定可能な目的関数の定式化について検討を行った．さらに，目的関数を剛性の最大化，すなわち平均コンプライアンスの最小化に設定した場合の，構造創成設計法を構築し，その方法を簡単な設計問題に適用し，方法論の妥当性の検証を行った．

伴随裂纹扩展的大变形行为有可能利用由于位移控制下裂纹张开而导致的整个结构的各向异性行为，以及如果我们能够控制位置和小变形则无法实现的大位移和大旋转行为。通过这种裂纹的扩展及其有限变形行为，可以在宏观尺度上设计具有新功能的材料结构。在这项研究中，我们将通过分析、控制和识别裂纹的位置和扩展过程以及结构的不稳定行为（例如有限变形和旋转）来开发作为材料结构创建方法的新功能。一种结构生成设计方法，可以在拓扑优化的基础上添加以下内容。今年，作为我们研发的一部分，我们构建了一种基于相场法同时阐明裂纹萌生、扩展和变形的方法。此外，对于基于相场法的拓扑优化方法，我们改进了用于更新设计变量的反应扩散方程，并研究了可以指定变形量和变形模式Ta的目标函数的制定。此外，我们构建了一种将目标函数设置为最大化刚度（即最小化平均柔量）的结构生成设计方法，并将该方法应用于简单的设计问题，以验证该方法的有效性．．

项目成果

期刊论文数量（2）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Topology optimization for maximizing fracture resistance

拓扑优化以最大限度地提高抗断裂能力

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hiroyasu Miura;Jike Han;Shuji Moriguchi and Kenjiro Terada
通讯作者：
Shuji Moriguchi and Kenjiro Terada

Topology optimization for maximizing fracture resistance using crack phase-field and reaction-diffusion-based level-set approach

使用裂纹相场和基于反应扩散的水平集方法进行拓扑优化以最大化断裂阻力

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hiroyasu Miura;Jike Han;Hao Li;Kozo Furuta;Tsuguo Kondoh;Shinji Nishiwaki;Shuji Moriguchi and Kenjiro Terada
通讯作者：
Shuji Moriguchi and Kenjiro Terada